本發(fā)明涉及橋梁檢測領(lǐng)域，具體涉及一種橋梁檢測用機(jī)器人。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)外的橋梁檢測方法通常為人工肉眼觀察或攜帶小型設(shè)備進(jìn)行檢測，存在效率低下，準(zhǔn)確度不高，對橋梁內(nèi)部檢測不到位等缺陷，利用回聲來檢測橋梁的裂紋情況可將這些問題迎刃而解。

在音頻壓縮方面，常常應(yīng)用帶改進(jìn)的離散余弦變換，所謂改進(jìn)的離散余弦變換(modifieddiscretecosinetransform,mdct)是一種與傅立葉變換相關(guān)的變換，以第四型離散余弦變換(dct-iv)為基礎(chǔ)，重疊性質(zhì)如下：它是應(yīng)用于處理較大的資料集合，當(dāng)連續(xù)的資料區(qū)塊中，當(dāng)前的資料區(qū)塊跟后續(xù)的資料區(qū)塊有重疊到的情形；即當(dāng)前資料區(qū)塊的后半段與下一個(gè)資料區(qū)塊的前半段為重疊的狀態(tài)。在音頻解碼方面，開源解碼器libmad(mpegaudiodecoder)是一個(gè)開源的高精度mpeg音頻解碼庫，支持mpeg-1(layeri,layerii和layeriii-也就是mp3)。開源解碼器libmad(mpegaudiodecoder)提供24-bit的pcm輸出，完全是定點(diǎn)計(jì)算，非常適合沒有浮點(diǎn)支持的平臺上使用。使用libmad提供的一系列api，就可以非常簡單地實(shí)現(xiàn)mp3數(shù)據(jù)解碼工作。

非負(fù)矩陣分解是針對非負(fù)的矩陣進(jìn)行分解降維的概念，最早由兩位科學(xué)家d.d.lee和h.s.seung與1999年在《nature》雜志上提出。非負(fù)矩陣分解通過低秩，對那些都為非負(fù)值得矩陣進(jìn)行分解。非負(fù)矩陣分解在感知哈希技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明旨在提供一種橋梁檢測用機(jī)器人。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種橋梁檢測用機(jī)器人，包括機(jī)器人、無線遙控模塊和結(jié)果顯示與存儲模塊，所述機(jī)器人包括驅(qū)動模塊、裂紋檢測模塊和位置傳感器；所述驅(qū)動模塊用于驅(qū)動機(jī)器人到達(dá)指定位置；所述位置傳感器，安裝于機(jī)器人的底部，用于監(jiān)測機(jī)器人在工作過程中的行走路徑以及監(jiān)測橋梁裂紋的位置信息；所述裂紋檢測模塊用于對機(jī)器人到達(dá)的指定位置的橋梁表面及對應(yīng)內(nèi)部進(jìn)行裂紋檢測，得到橋梁裂紋檢測結(jié)果，并將該橋梁裂紋檢測結(jié)果發(fā)送至結(jié)果顯示與存儲模塊；所述無線遙控模塊用于遙控機(jī)器人的運(yùn)動與裂紋檢測行為。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明采用對回聲進(jìn)行匹配的方式對橋梁裂紋進(jìn)行檢測，能夠同時(shí)對橋梁的表面與內(nèi)部存在的裂紋進(jìn)行檢測，且利用回聲進(jìn)行匹配的方式所得的檢測數(shù)據(jù)相當(dāng)準(zhǔn)確，對裂紋的深度與寬度能夠準(zhǔn)確反映。

附圖說明

利用附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的裂紋檢測模塊的框架結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明的回聲信號處理單元的框架結(jié)構(gòu)圖。

附圖標(biāo)記：

機(jī)器人1、無線遙控模塊2、結(jié)果顯示與存儲模塊3、驅(qū)動模塊11、裂紋檢測模塊12、位置傳感器13、發(fā)聲單元121、回聲采集單元122、回聲信號處理單元123、裂紋信息匹配單元124、橋梁裂紋數(shù)據(jù)/125、回聲信號預(yù)處理子單元1231、系數(shù)提取子單元1232、回聲音頻信號二進(jìn)制序列構(gòu)建子單元1233。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下應(yīng)用場景對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參見圖1、圖2，本實(shí)施例的一種橋梁檢測用機(jī)器人，包括機(jī)器人1、無線遙控模塊2和結(jié)果顯示與存儲模塊3，所述機(jī)器人1包括驅(qū)動模塊11、裂紋檢測模塊12和位置傳感器13；所述驅(qū)動模塊11用于驅(qū)動機(jī)器人1到達(dá)指定位置；所述裂紋檢測模塊12用于對機(jī)器人1到達(dá)的指定位置的橋梁表面及對應(yīng)內(nèi)部進(jìn)行裂紋檢測，得到橋梁裂紋檢測結(jié)果，并將該橋梁裂紋檢測結(jié)果發(fā)送至結(jié)果顯示與存儲模塊3；所述位置傳感器13，安裝于機(jī)器人1的底部，用于監(jiān)測機(jī)器人1在工作過程中的行走路徑以及監(jiān)測橋梁裂紋的位置信息；所述無線遙控模塊2用于遙控機(jī)器人1的運(yùn)動與裂紋檢測行為。

優(yōu)選地，所述機(jī)器人1還包括位置傳感器13，安裝于機(jī)器人1的底部，用于監(jiān)測機(jī)器人在工作過程中的行走路徑以及監(jiān)測橋梁裂紋的位置信息。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述裂紋檢測模塊包括發(fā)聲單元、回聲采集單元、回聲信號處理單元、裂紋信息匹配單元和橋梁裂紋數(shù)據(jù)庫；所述橋梁裂紋數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有橋梁不同裂紋的回聲音頻信號二進(jìn)制序列及對應(yīng)的裂紋信息；所述發(fā)聲單元用于發(fā)出檢測音頻信號；所述回聲采集單元用于收集檢測音頻信號經(jīng)所在位置的橋梁反射后的回聲音頻信號；所述回聲信號處理單元用于對回聲音頻信號進(jìn)行二進(jìn)制序列構(gòu)建處理，得到回聲音頻信號的二進(jìn)制序列；所述裂紋信息匹配單元用于將回聲音頻信號的二進(jìn)制序列與所述橋梁裂紋數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有橋梁的不同裂紋的回聲音頻信號二進(jìn)制序列進(jìn)行對比匹配，匹配度最高的裂紋回聲音頻信號二進(jìn)制序列對應(yīng)的位置信息與裂紋信息被發(fā)送至結(jié)果顯示與存儲模塊。

本發(fā)明上述實(shí)施例，采用對回聲進(jìn)行匹配的方式對橋梁裂紋進(jìn)行檢測，能夠同時(shí)對橋梁的表面與內(nèi)部存在的裂紋進(jìn)行檢測，且利用回聲進(jìn)行匹配的方式所得的檢測數(shù)據(jù)相當(dāng)準(zhǔn)確，對裂紋的深度與寬度能夠準(zhǔn)確反映。

優(yōu)選地，如圖3所示，所述回聲信號處理單元包括回聲信號預(yù)處理子單元、系數(shù)提取子單元、回聲音頻信號二進(jìn)制序列構(gòu)建子單元；

所述回聲信號預(yù)處理子單元用于對回聲音頻信號進(jìn)行分段和混疊預(yù)處理，包括：將回聲音頻信號分為a段，每段包括b節(jié)，每節(jié)包括c個(gè)子帶，具體的a、b、c值根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，相鄰段之間設(shè)定有60％b節(jié)的重復(fù)；

所述系數(shù)提取子單元用于對回聲音頻信號進(jìn)行壓縮，然后對壓縮后的回聲音頻信號進(jìn)行解碼，提取mdct系數(shù)，具體包括：

(1)基于改進(jìn)的離散余弦變換(modifieddiscretecosinetransform,mdct)的mp3音頻壓縮理論對回聲音頻信號進(jìn)行壓縮，其中對回聲音頻信號進(jìn)行頻域變換時(shí)，定義改進(jìn)的離散余弦變換公式為：

式中，表示對回聲音頻信號進(jìn)行頻域變換后得到的頻域回聲音頻信號，τ＝0,1,2……x-1，其中x為回聲音頻信號數(shù)據(jù)庫中預(yù)存的橋梁的不同裂紋的回聲音頻信號二進(jìn)制序列長度(單位：比特)，k(δ)表示回聲音頻信號，δ為回聲音頻信號幀數(shù)，ε為修正因子。

(2)對回聲音頻信號壓縮完畢后，再對得到的壓縮后的頻域回聲音頻信號使用開源解碼器libmad(mpegaudiodecoder)作為解碼軟件進(jìn)行解碼，提取mdct系數(shù)。

本發(fā)明上述實(shí)施例，對回聲音頻信號進(jìn)行壓縮有利于提高運(yùn)算速度，而通過自定義改進(jìn)的離散余弦變換公式，引入修正因子，減少系統(tǒng)誤差，有利于機(jī)器人采集得到的回聲信號更加真實(shí)反映所在橋梁的位置的情況，使得數(shù)據(jù)更真實(shí)可靠。

優(yōu)選地，所述回聲音頻信號二進(jìn)制序列構(gòu)建子單元利用mdct系數(shù)來計(jì)算頻域回聲音頻信號子帶的能量，以構(gòu)建回聲音頻信號的二進(jìn)制序列，具體為：

(1)將分段后的回聲音頻信號每一個(gè)小節(jié)分為32個(gè)子帶，分別計(jì)算每一個(gè)子帶的能量，定義能量計(jì)算公式為：

式中，q(a,b,c)表示頻域回聲音頻信號第a段第b節(jié)第c個(gè)子帶的能量，η(a,b,c,d)表示頻域回聲音頻信號第a段第b節(jié)第c個(gè)子帶的第d個(gè)mdct系數(shù)，c＝1,2,3……32；

(2)提取每段中1至b節(jié)1-32子帶的能量，構(gòu)成感知特征矩陣ua：

b值可表示矩陣長度，對特征矩陣ua通過非負(fù)矩陣分解降維，形成第a段的段內(nèi)特征矩陣nx

ua＝sa×ha

其中，sa、ha分別為b×1、1×32的矩陣，將每段的段內(nèi)特征矩陣轉(zhuǎn)置合并得到段間聯(lián)合特征矩陣c＝[h1^t,h2^t,h3^t,…,h32^t]，再用非負(fù)矩陣分解對段間聯(lián)合特征矩陣v進(jìn)行降維，得到段間特征矩陣j。

(3)構(gòu)造回聲音頻信號的二進(jìn)制序列時(shí)采用的構(gòu)造公式為：

式中，b(ζ)表示回聲音頻信號的二進(jìn)制序列的構(gòu)造函數(shù)，為段間特征矩陣j中元素?cái)?shù)值的均值；

j(ζ)為段間特征矩陣j中第ζ個(gè)元素的數(shù)值，j(ζ)∈j，ζ＝1,2,3……x，x為回聲音頻信號數(shù)據(jù)庫中存儲有變壓器的異常音頻二進(jìn)制序列長度(單位：比特)；

將得到的回聲音頻信號的二進(jìn)制序列發(fā)送至裂紋信息匹配單元。

本發(fā)明上述實(shí)施例，采用二進(jìn)制序列方式來對回聲音頻信號進(jìn)行構(gòu)造，單條數(shù)據(jù)的大小降低，在容量相同大小的存儲器內(nèi)可以存儲更多的數(shù)據(jù)，從而將存儲模塊的造價(jià)降低；同時(shí)采用二進(jìn)制十分便于計(jì)算與分析；通過自定義能量計(jì)算公式計(jì)算各子帶能量值，提高回聲音頻信號的二進(jìn)制序列構(gòu)造的準(zhǔn)確度，最終提高對橋梁裂紋分析時(shí)的準(zhǔn)確度，有利于相關(guān)工作人員了解橋梁的裂紋的準(zhǔn)確信息。

優(yōu)選地，所述裂紋信息匹配單元用于將回聲音頻信號的二進(jìn)制序列與橋梁裂紋數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有橋梁的不同裂紋的回聲音頻信號二進(jìn)制序列進(jìn)行對比匹配，對比匹配得到的結(jié)果采用自定義裂紋匹配率來衡量，自定義裂紋匹配率計(jì)算公式如下：

式中，z表示自定義誤差系數(shù)計(jì)算函數(shù)，x為回聲音頻信號數(shù)據(jù)庫中存儲有橋梁的不同裂紋的回聲音頻信號二進(jìn)制序列長度(單位：比特)，為第u個(gè)權(quán)重系數(shù)，

ju¹為目標(biāo)回聲音頻信號的二進(jìn)制序列中的第u個(gè)二進(jìn)制值，ju²為回聲音頻信號數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有橋梁裂紋的回聲音頻信號二進(jìn)制序列的第u個(gè)二進(jìn)制值；

最后將匹配度最高的裂紋回聲音頻信號二進(jìn)制序列對應(yīng)的位置信息與裂紋信息發(fā)送至結(jié)果顯示與存儲模塊。

本發(fā)明上述實(shí)施例，通過自定義誤差系數(shù)計(jì)算函數(shù)對回聲音頻信號的二進(jìn)制序列與橋梁裂紋數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有橋梁的不同裂紋的回聲音頻信號二進(jìn)制序列的數(shù)學(xué)距離進(jìn)行計(jì)算時(shí)，增大二進(jìn)制序列中不同的值的差距，有利于區(qū)分相近的裂紋情況，避免對相似的橋梁裂紋情況的籠統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，最終達(dá)到對橋梁裂紋情況的準(zhǔn)確反映。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。